Microscope   현미경

(2025-01-28)

광학 현미경, Microscope Magnification, 현미경 배율, Microscopy, 현미경 관찰, 편광 현미경


1. 현미경 (Microscope, 顯微鏡)

  ㅇ 가까운 곳에 있는 작은 물체의 확대되는 상을 얻는 장치

  ㅇ 역사  :  초기 현미경(1590년대)과 망원경(1610년대)이 발명되고, 1600년대 기술 발전


2. 현미경의 원리광학적,전자기렌즈를 사용하여, ,전자빔 등으로 물체에 초점 맞추고, 이미지 확대 형성
     

3. 현미경의 구분

  ※ ☞ 현미경 구분 참조
     - 광학 현미경 : (가시광선)을 이용하여 이미지 형성
     - 전자 현미경 : 전자빔을 이용하여 이미지 형성
     - 기타 현미경 : 주사 터널링, 원자 , 초음파, X선 등을 이용


4. [광학 현미경]  구성 요소광원 (Light Source)
     - 현미경 하단에서, 을 만들어내는 장치
  ㅇ 집속 렌즈 (Focusing Lens)
     - 현미경 하단 광원으로부터 나온 집속시켜, 
     - 시료를 통과하는(쪼이는) 을 제공
  ㅇ 대물 렌즈 (Objective)  :  (배율 및 초점거리)
     - 시료 물체에 가장 가까운 렌즈 (짧은 초점거리)
     - 1차 확대상을 제공
  ㅇ 접안 렌즈, 대안 렌즈 (Eyepiece, Ocular Lens)  :  (최종 확대 및 배율 조정)
     - 대물 렌즈가 만든 실상으로 보게 함
     - 최종 배율(확대)을 결정하여, 최종 을 제공


5. [광학 현미경]  성능 지표배율 (Magnification)
     - 확대 배율 : 대물 렌즈 (1~100배), 접안 렌즈  (5~20배)
        . 대물 렌즈는, 횡배율을 확대시키고,
        . 접안 렌즈는, 각배율시야각을 증대시킴

     - 종합 배율 : (대물렌즈 배율) x (접안렌즈 배율)  (~2,000배)

     * 배율이 높을수록, 이 흐려짐

  ㅇ 분해능 (Resolution Power)
     - 사용 파장  :  약 400~700 μm 정도의 가시광선
     - 분해능  :  R ≒ 0.61λ/NA = 0.61λ/(n sinθ)
        . 여기서, NA = n sin θ : 개구수 [무차원]
     - 결국, 
        . 파장(λ)이 짧을수록, 렌즈의 크기(NA)가 커질수록, 공간 분해능이 좋아짐
        . 통상, 분해능 수치가 작을수록 성능이 좋아지며, 그만큼 기기 가격도 높아짐

  ㅇ 대비 (Contrast)
     - 시료 내 지역(구획)별 차이를 강조시키는 것 (구별/식별이 가능케 함)
        . 주로, 염색에 의함
           .. 착색기법 또는 이른바 암시야 조명과 같은 특별한 조명 기법 등이 동원됨


6. [광학 현미경]  관찰법

  ㅇ 현미경 관찰이 가능하려면,
     - 광선의 투과성 확보
        . 시료를 얇은 절편으로 만들어야 함
     - 절편화
        . 손으로 직접 자르는 방법 : hand section 
        . 영구표본제작방법        : microtome
           .. 파라핀을 침투시키고 굳힌 다음 파라핀과 함께 절단하는 방법

  ㅇ 관찰 준비 과정
     - 표면 준비 : 절단,고정,탈수,염색,투명화,커버보호 등으로 미세구조를 드러나게 함
     - 조명 조절 : 적절한 조명광원 설정을 통해 최적의 관찰 조건을 맞춤
     - 초점 조정 : 시료,렌즈 간 거리 조정으로 관찰자 눈에 선명한 이미지를 형성시킴


7. [광학 현미경]  종류

  ㅇ 일반 광학 현미경
     - 가시광선을 이용해 물체를 확대 관찰 가능한 가장 기본적인 현미경
     - 원리 : 대물 렌즈에서 상을 획득하고, 접안 렌즈를 통해 확대하여, 눈으로 관찰
     - 특징 
        . 배율은 대물 렌즈접안 렌즈의 배율을 곱한 값
        . 사용이 간단하고 다양한 시료를 관찰 가능
     - 분해능 : 약 200nm 보다 작은 것은, 가시광선파장 한계에 영향을 받음

  ㅇ 암시야 현미경 (ultramicroscope, Dark-Field Microscope)
     - 암시야 조명 방식을 이용하여, 투명한 시료에서 산란되는 을 관찰하는 현미경
     - 원리 : 시료 주변의 직접 광선을 차단하고 산란만 관찰
     - 특징
        . 배경이 어둡고 시료가 밝게 보이는 형태.
        . 투명한 시료나 매우 작은 입자(콜로이드 등) 관찰에 유용
     - 용도 : 세균, 미생물세포의 관찰, 작은 입자 분석, 나노 물질 연구 등

  ㅇ 간섭 현미경 (interference microscope)
     - 빛의 간섭 현상을 이용하여 시료의 미세 구조를 강조하는 현미경
     - 원리 : 두 개의 이 시료에서 간섭하여 위상 차이를 강조함으로써 구조를 관찰
     - 특징
        . 시료의 높이 차이나 굴절률 차이를 정량적으로 측정 가능
        . 고 해상도 및 고 대비 이미지를 제공
     - 용도 : 생체 시료(세포 내 구조) 관찰, 반도체 표면, 박막, 마이크로칩의 굴절률 분석 등

  ㅇ 위상차 현미경 (phase-contrast microscope)
     - 위상차를 이용하여 투명하고 색깔이 없는 시료의 세부 구조를 관찰하는 현미경
       . 대비를 생성하는 데, 간섭 현상을 이용 
     - 원리 : 시료를 통과하는 위상 변화를 강조하여 시료의 구조를 가시화
     - 특징
       . 별도의 염색 과정 없이 투명한 시료를 관찰 가능.
       . 위상판(Phase Plate)을 사용하여 위상을 차별적으로 강조
     - 용도 : 세포의 내부 구조, 미생물, 무색의 조직 관찰, 살아있는 세포 관찰 등

  ㅇ 편광 현미경 (polarized microscope)
     - 대비를 생성하는 데, 평면 편광 조명을 사용
        . (편광기를 통과시켜 단일 평면에서 만 진동하는 을 생성함)
     - 반사광(불투명)과 투과광(투명) 모두에서 사용 가능
     - 원리 : 이방성 물질편광의 조사 방향에 따라, 그 특성이 달라지는 현상을 이용
     - 용도
        . 암석/광물 유형을 식별하는 광물학의 표준 방법
        . 이방성 특성을 나타내는 치아,뼈와 같은 단단한 조직
        , 식물 세포벽의 셀룰로오스 섬유에서 분자 정렬이 높은 것을 관찰하는 등
     * [참고] ☞ 편광, 편광기, 광학적 이방성 참조

[광학기기]1. 광학계   2. 확대경   3. 현미경 (광학 현미경)   4. 현미경 구분   5. 전자 현미경 (TEM, SEM)   6. 망원경   7. 거울   8. 렌즈  

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